Para estudiantes de la carrera de la licenciatura en fisioterapia.

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Universidad Latina de Panamá

Facultad de ciencias de la Salud Dr. William C. Gorgas

Contenido programático del curso de Física – matemática

Para estudiantes de la carrera de la licenciatura en fisioterapia

I – Semestre, 2016

Prof. Dr. Gustavo J. bracho

Objetivos generales:

Siendo la Física una de las materias básicas de todas las carreras tanto de las ciencias naturales como de las ciencias médicas y de la salud, los objetivos más importantes a tener en cuenta deben ser:

• Asegurar una sólida formación en la misma, teniendo en cuenta que todo fenómeno natural o toda aplicación tecnológica, está basado en leyes físicas

• Capacitar al alumno en el planteo adecuado y modelización de los fenómenos, que será de utilidad en el desarrollo de su profesión.

• Contribuir a la formación de especialistas en ciencias de la salud con capacidad de actualización permanente y adecuación a la evolución de la tecnología.

Objetivos específicos:

Por ser un curso formativo en la Licenciatura de Fisioterapia y/o Tecnología Médica, el contenido fundamental de la materia, la física, se busca en su  tratamiento:

• Introducir y explicar la importancia del concepto de medida, en la formación del especialista en fisioterapia y/o tecnología médica.

• Analizar correctamente distintos tipos de movimiento (Cinemática): rectilíneos, bidimensionales, etc., ya sea uniformes o variados, con un tratamiento escalar y también vectorial, utilizando correctamente las magnitudes que sirven para su descripción: posición, velocidad, aceleración, ecuación de la trayectoria, etc.

• Relacionar los movimientos con las causas generadoras de los mismos (Dinámica) sobre las bases de las ecuaciones fundamentales de la Mecánica o Leyes de Newton, analizando tipos particulares de fuerzas: elásticas, gravitatorias, de rozamiento, viscosas.

• Introducir los importantes conceptos de Energía, trabajo, Potencia, resaltando la utilización adecuada de los Teoremas de conservación: (cantidad de movimiento, de energía mecánica, de impulso angular).

• Aplicar conceptos de la Mecánica al estudio de los fluídos en reposo (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica) para fluídos ideales y en régimen estacionario.

• Estudiar movimientos periódicos (oscilaciones): resortes, péndulos. Ondas Mecánicas Analizar el comportamiento de la luz a partir de las leyes fundamentales de la óptica geométrica.

Competencias:

DIMENSIÓN CONCEPTUAL

• Describir los aspectos más importantes del funcionamiento del cuerpo humano haciendo uso de los principios fundamentales de la Física.
• Explicar de forma panorámica las principales aplicaciones de la Física en los seres vivos.
• Utilizar con éxito el método experimental  de los fenómenos físicos al estudio de sistemas biológicos.

DIMENSIÓN PROCEDIMENTAL

Al finalizar la presente asignatura, el estudiante debe poseer las siguientes capacidades y habilidades:

• Resolver problemas de aplicación relacionados al funcionamiento de sistemas biológicos usando los conceptos y leyes fundamentales de la física, manifestando su capacidad de entender a través de esquemas, cuadros.

DIMENSIÓN ACTITUDINAL

• Integrar metódicamente la teoría y la práctica, reconociendo la importancia del trabajo en equipo o grupal, valorando su importancia en la lógica del quehacer científico y profesional.

• Valorar y apreciar la puntualidad en la entrega de sus trabajos y en sus actividades académicas.
• Participar en clase con espíritu constructivo mostrando una adecuada pertinencia en la exposición de sus compañeros.

I – Parte. Uso de las matemáticas en las ciencias.

Mediciones: espacio, tiempo y masa

• Definiciones operacionales.
• Cifras significativas y órdenes de magnitud.
• Necesidad del empleo de la notación científica.
• Expresión adecuada de las mediciones.
• Errores en la medición.
• Operaciones con cantidades obtenidas al realizar mediciones.
• Unidades fundamentales de la Física. Unidades derivadas.
• Sistema de unidades MKS – CGS.
• Dimensiones de unidades derivadas.

Objetivos específicos:

• Utilizar la notación científica de cantidades en la solución de problemas.
• Apreciar la diferencia entre la definición formal y la definición operacional.
• Ser capaz de expresar la exactitud de una cantidad por medio de sus cifras significativas.
• Determinar el orden de magnitud de cantidades.
• Dados los órdenes de magnitud de los términos, determinar el orden de magnitud de los resultados de una operación.

II – Parte. Magnitudes vectoriales y escalares.

• Definición y diferencia entre magnitudes escalares y vectoriales.
• Representación de un vector.
• Método analítico para la descomposición vectorial.
• Utilización de vectores unitarios.
• Definición y manipulación de vectores tridimensionales.
• Producto vectorial y escalar.

Objetivos específicos:

• Distinguir entre magnitudes vectoriales y escalares.
• Escribir cantidades vectoriales en función de sus componentes rectangulares.
• Expresar vectores utilizando los puntos cardinales.
• Calcular la magnitud, dirección y sentido de un vector en dos dimensiones.
• Aplicar el método de descomposición vectorial para sumar y restar dos o más vectores.
• Definir un vector en tres dimensiones.
• Explicar el concepto de cosenos directores y ángulos directores.
• Aplicar la utilización de los vectores unitarios para realizar cálculos de producto vectorial como de producto escalar.

III – Parte. Fundamentos de dinámica

Dinámica de una partícula:

• Primera ley de Newton.
• Impulso y fuerzas impulsivas.
• Principio de conservación del momentum.
• Fuerza debido a la gravedad.
• Trabajo y energía cinética.
• Energía potencial y principio de conservación de la energía mecánica.
• Fuerza elástica y energía potencial elástica.
• Fuerzas disipativas.
• Efectos fisiológicos de las aceleraciones.

Mecánica de los sólidos:

• Torque o momento de una fuerza.
• Movimiento de rotación.
• Equilibrio de un sólido rígido.
• Mecánica de los sólidos elásticos.

Propiedades de los líquidos:

• El concepto de presión.
• Empuje y principio de Arquímedes.
• Flujo de los fluidos perfectos. Ecuación de Bernoulli.
• Viscosidad y flujo de los líquidos reales.
• Difusión y ósmosis.
• Tensión superficial y capilaridad.
• Algunas aplicaciones biológicas de los fluidos.

Objetivos específicos:

Dinámica de una partícula:

• Identificar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y trazar los correspondientes diagramas de cuerpo libre.
• Resolver problemas de aplicaciones de la leyes de Newton:

• Poleas.
• Elevadores.
• Campo gravitatorio terrestre.

• Calcular el momentum lineal de un cuerpo.
• Relacionar el cambio de momentum de un cuerpo con el impulso aplicado sobre él.
• Resolver problemas relacionado con la conservación de momentun e interacciones entre dos o más cuerpos.
• Relacionar el trabajo con la variación de la energía cinética de un cuerpo.
• Calcular el trabajo realizado por una fuerza dada.
• Calcular la energía cinética de una masa en movimientos.
• Calcular la energía potencial elástica de un resorte.
• Calcular la energía potencial gravitatorio de una masa situada cerca de la superficie de la Tierra.
• Reconocer en qué condiciones de conserva la energía mecánica total.

Mecánica de los sólidos:

• Determinar el torque o memento de una fuerza aplicado sobre un sólido rígido.
• Escribir las ecuaciones que expresan las condiciones de equilibrio de un sólido rígido.

• Equilibrio trasnacional
• Equilibrio rotacional.

• Calcular el movimiento de inercia de sólidos rígidos regulares.
• Resolver problemas de aplicación de las leyes de Newton considerando el concepto de rotación.

• Poleas con masa y radio definidos.
• Movimiento de sólidos en rotación sin resbalar.

Propiedades de los líquidos:

• Definir el concepto de presión.
• Establecer la diferencia entre presión atmosférica y presión manométrica.
• Calcular la presión a diferentes profundidades de un líquido.
• Resolver problemas de aplicación del principio de Arquímedes.
• Resolver problemas de aplicación mediante la utilización de la ecuación de Bernoulli.
• Calcular la presión osmótica de un disolución.
• Aplicaciones diversas a la biología humana.

IV – Parte. Vibraciones y ondas.

Vibraciones:

• Descripción de un movimiento armónico simple.
• Condición dinámica del movimiento armónico simple.
• Relaciones energéticas en el movimiento armónico simple.
• Representación del movimiento armónico simple por un diagrama de rotación.
• Péndulo simple.
• Composición de movimientos armónicos simples a lo largo de una línea recta.
• Amortiguamiento.
• Resonancia.

Ondas mecánicas:

• Movimiento ondulatorio.
• Velocidad de las odas en fluidos y cuerdas.
• Efecto Doppler.
• Reflexión del sonido.
• Ondas estacionarias.
• Pulsaciones.
• Intensidad y nivel de intensidad.
• Ultrasonido y sus aplicaciones en la medicina.
• Infrasonidos

El oído y la audición:

• Anatomía del oído.
• Mecanismo de audición.
• Tono, sonoridad y timbre.
• Defectos del oído y su corrección
• Polución por ruido.

Objetivos específicos:

• Analizar las condiciones dinámicas de un sistema en movimiento armónico simple.
• Calcular amplitud, velocidad, aceleración, periodo y frecuencia de sistemas en movimiento armónico simple.
• Representar movimientos armónicos simples mediante diagramas de rotación.
• Determinar mediante la utilización de diagramas de rotación, la amplitud resultante en el movimiento de una partícula sujeta simultáneamente a dos movimientos armónicos simples.
• Calcular las frecuencias fundamentales y primeros armónicos en sistemas sencillos de vibración.
• Calcular la velocidad de propagación de las ondas en diferentes medios materiales.
• Conocer las aplicaciones médicas del efecto Doppler.
• Conocer el mecanismo de audición.
• Determinar el nivel de intensidad de una onda sonora.
• Conocer las aplicaciones médicas del ultrasonido.
• Identificar los principios físicos generales que involucrados en el proceso de audición.

V -  Parte. Electrostática

Contenido:

• Propiedades de la carga eléctrica.
• Carga fundamental.
• Ley de Coulomb.
• Principio de superposición.
• El campo eléctrico.
• El potencial eléctrico.
• Diferencia de potencial entre dos puntos.
• Trabajo para trasladar una carga de un punto a otro.

Objetivos específicos:

• Analizar las principales características de la carga eléctrica.
• Conservación, invarianza y cuantización de la carga eléctrica.
• Calcular las fuerzas eléctricas entre dos cargas.
• Calcular las fuerzas eléctricas de un sistema de cargas puntuales.
• Analizar las características vectoriales de un campo eléctrico en la proximidad de un cuerpo cargado.
• Calcular el campo eléctrico en un punto debido a una o más cargas puntuales.
• Definir el concepto de potencial eléctrico.
• Calcular el potencial eléctrico en un punto debido a una o más cargas puntuales.
• Establecer la diferencia de potencial entre dos puntos debido a cargas puntales.
• Calcular el trabajo necesario para trasladar una carga puntual de un punto a otro en presencia de otras cargas puntales.

V – Parte.Corriente eléctrica

Contenido:

• Definición de corriente eléctrica.
• Fuentes de energía eléctrica: Baterías, pilas, etc.
• Ley de Ohm.
• Resistencia eléctrica.
• Circuitos eléctricos.

• Series.
• Paralelos.
• Series – paralelos.

• Leyes de Kirchhoff.

• Primera ley de Kichhoff (ley de las corrientes)
• Segunda ley de Kirchhoff (ley de los voltajes)

• Electricidad en el cuerpo humano

• Resistencia eléctrica del cuerpo humano.
• Transmisión eléctrica en las neuronas.
• Conducción eléctrica a través de la sinapsis.
• Conducción eléctrica a través de los músculos.
• Actividad eléctrica del corazón.

Objetivos específicos:

• Conocer las corrientes eléctricas en los sólidos metálicos.
• Definir la corriente eléctrica.
• Enunciar la ley de Ohm.
• Definir la resistencia eléctrica en un conductor metálico.
• Resolver circuitos sencillos con combinaciones de resistencia en serie y en paralelo.
• Enunciar las leyes de Kirchhoff.
• Resolver circuitos sencillos aplicando las leyes de Kirchhoff.
• Conocer los efectos de la electricidad sobre organismos vivos.
• Conocer los principios fundamentales de la conducción iónica.
• Discutir los procesos mediante los cuales se transmite corriente eléctrica a través del cuerpo humano.
• Describir los aspectos fundamentales de la actividad eléctrica del corazón.
• Conocer los principios fundamentales involucrados en la electrocardiografía y la encefalografía.

VI – Parte. Óptica geométrica

Contenido:

• Reflexión y refracción.
• Espejos y lentes
• Instrumentos ópticos.

• La lupa.
• El telescopio.
• El microscopio compuesto.
• Aberraciones.

• El ojo y la visión.

• La construcción del ojo.
• Defectos ópticos del ojo.

• Miopía.
• Hipermetropía.
• Presbicia.
• Astigmatismo.

• Respuestas del ojo a diversas longitudes de ondas.

Objetivos específicos:

• Utilizar las leyes de la reflexión para encontrar imágenes en espejos planos.
• Utilizar las leyes de Snell para calcular la trayectoria de la luz a través de diferentes medios.
• Relacionar la velocidad de la luz a través de diferentes medios con su índice de refracción.
• Conocer las propiedades y aplicaciones de las fibras ópticas.
• Encontrar las imágenes formadas por reflexión en espejos esféricos.
• Encontrar las imágenes formadas por refracción en superficies esféricas.
• Conocer y aplicar los principios generales utilizados en:

• La lupa.
• El telescopio.
• El microscopio compuesto.

• Conocer las limitaciones de los instrumentos ópticos y los procedimientos utilizados para superarlas.
• Conocer el mecanismo de la visión humana.
• Determinar cuáles son las lentes o combinaciones de lentes necesarias para corregir un defecto dado en la visión.

BIBLIOGRAFÍA

Alcaraz, O., J. L. López. & V. L. Solana (2006) Física: Principios y ejercicios resueltos. Editorial Pearson. España.

Blatt, F. J. (1991) Fundamentos de Física.Editorial Prentice Hall. México.

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